Технологическое использование конденсированных ВВ. Использование взрыва в военных и мирных целях. (Раздел 3.9) презентация

взрыва в военных и мирных целях. Профессии взрыва в различных отраслях: горнодобывающая промышленность, строительство, газо- и нефтедобыча, металлообработка и др. Принципы построения промышленных ВВ для различных взрывных профессий. Физико-химические свойства основных ВВ.

применяемые для снаряжения боеприпасов
2) Промышленные ВВ, применяемые в горном деле, строительстве металлообработке и т.д.
В военных приложениях традиционно применяются высокобризантные ВВ: тротил, тетрил, гексоген, тэн, октоген или их смеси, например, ТГ (тротил + гексоген в разных пропорциях). На основе гексогена и октогена изготавливают высокомощные ВВ – пластиты, используемые, например, в диверсионные целях. Использовать военные смесевые ВВ на основе гексогена и октогена в массовых промышленных взрывах нецелесообразно вследствие дороговизны. В англоязычной литературе для обозначения ВВ, кроме HE есть термин energetic materials (энергетические материалы). Этими ВВ снаряжают мины, артиллерийские снаряды, торпеды, ракетные боеголовки и т.д.. Основная цель – поразить боевую технику, укрепленные огневые позиции, сооружения и живую силу противника. Очевидно, наибольший эффект дают ВВ с высоким энерговыделением и высоким давлением детонации. Применение ВВ позволяет создавать боеприпасы с такими поражающими факторами, как высокоскоростные осколки, кумулятивные струи, ударное и метательное (фугасное ) воздействие.

1,9) и высокой скоростью детонации (> 6-7 км/с).

Гексоген: C3N3H6(NO2)3 = C3H6N6O6; При ρ = 1,8 г/см3 (кристаллографическая (X-ray) плотность) D = 8936 м/с, Рн = 341 кбар, Тн = 4368 К, теплота взрыва Qv = 6038 кДж/кг, γ = 3,22, Е = 4261 кДж/кг, газообразование Vg = 793 л/кг.

Не растворяется в воде, но растворяется в ацетоне, концентрированной серной и азотной к-тах. Разлагается при нагревании до Т = 210С. Порошок из кристалликов белого цвета. Очень токсичен. Без вкуса и запаха.

Применение: боеприпасы, изготовление пластичных ВВ (пластитов)

6950 м/с, Рн = 185 кбар, теплота взрыва Qv = 4222 кДж/кг, γ = 3,23, Е = 2560 кДж/кг, газообразование Vg = 730 л/кг.

Желтоватое кристаллическое вещество. Температура плавления 80,85 °C, так что расплавляется в горячей воде. Токсичен и сам и ПД. Температура вспышки 290 С.

Применение: боеприпасы; изготовление смесевых ВВ, в т.ч. аммонитов.
Тетрил: C6H2(NO2)3NCH3NO2
Тэн: C(CH2ONO2)4;

= 9100 м/с, Рн = 354 кбар, теплота взрыва Qv = 5700 кДж/кг, γ = 3,3, Е = 4187 кДж/кг, газообразование Vg = 782 л/кг.

Белый порошок кристаллического характера. Очень чувствителен к удару. Т плавления 280С. Ядовит.

Применение: Термостойкое ВВ, может применяться до Т=210С. Производство пластичных ВВ, снаряжение кумулятивных зарядов. Перфорация нефтяных и газовых скважин, особенно высокотемпературных (перфораторные снаряды).

м/с, Рн = 280 кбар, теплота взрыва Qv = 4849 кДж/кг, γ = 2,77, Е = 4617 кДж/кг, газообразование Vg = 765 л/кг.
Температура вспышки 190С. Темпетратура плавления 129С.

Порошок с кристалликами белого или желтоватого цвета. Негигроскопичен, в воде нерастворим. Растворяется в ацетоне, бензоле, дихлорэтане.
Ядовит. Химически стоек, хотя стойкость ниже, чем у тротила. Может длительно храниться при нормальных условиях.

Применение: изготовление детонаторов. Снаряжение боеприпасов (сплавы с тротилом).

8300 м/с, Рн = 323 кбар, теплота взрыва Qv = 5852 кДж/кг, γ = 2,63, Е = 5821 кДж/кг, газообразование Vg = 790 л/кг.

Белый кристаллический порошок. Химически стоек. В воде нерастворим. Растворяется в ацетоне. Плавится при 140С, разложение при 150С. Т вспышки 215С (взрывается).
Мощное ВВ. Чувствительность выше, чем у гексогена.

Применение: в КД, ДШ, для снаряжения кумулятивных боеприпасов.

гексогена и октогена. Доля этих компонентов более 70-80%, остальное полимер (каучукоподобные продукты на основе изобутилена) и другие добавки, например, алюминий. Пример: Г-75 имеет ρ=1,8 г/см3, D = 8,0 км/с, γ = 2,84, Рн = 30,0 ГПа, Е = 4529 кДж/кг. Пластиты нечувствительны к удару, огню (в не замкнутом объеме), в воде не растворимы, негигроскопичны, не слеживаются (могут храниться > 10 лет), при низких температурах (~ -20С) теряют пластичность (затвердевают), при высоких (> + 30С) размякают и теряют прочность.

Применение: разрушение конструкций, упрочнение взрывом (технология используется на Новосибирском стрелочном заводе).

(ВВ) с повышенной безопасностью (менее чувствительные к удару или температуре и менее токсичные чем традиционно используемые тротил и гексоген) для использования в боеприпасах. Традиционные вторичные ВВ, как ТНТ и гексоген уже не полностью удовлетворяют современным требованиям. Они выделяют основную энергию за счет окисления имеющегося в их составе углерода, при этом и топливо (углерод) и окислитель (кислород) имеются в одной молекуле вещества. Новое направление в создании ВВ – получение соединений богатых азотом и имеющих высокую теплоту образования (напр., высокоазотистые гетероциклические соединения, такие как тетразолы (tetrazoles) и тетразины (tetrazines). Требования пониженной чувствительности и высокого энергосодержания ВВ обычно взаимоисключающие, т.к. чем мощнее ВВ, тем оно менее стабильно и более чувствительно к внешнему воздействию.
В результате исследований на Западе появились новые ВВ, которые могут заменить токсичные тротил и гексоген.

стоимость производства;
ρ = 1.886 г/см3 (кристаллографическая (X-ray) плотность) D = 9261 м/с, Рн = 389 кбар, Тн = 4867 К, теплота взрыва Qv = 6135 кДж/кг, γ = 3,16, Е = 4772 кДж/кг, газообразование Vg = 743 л/кг.

детонации немного меньше, чем у гексогена, но хорошую термическую стабильность, низкую чувствительность и низкую токсичность;
ρ = 1.57 г/см3 (кристаллографическая (X-ray) плотность) D = 8765 м/с, Рн = 273 кбар, Тн = 3209 К, теплота взрыва Qv = 4883 кДж/кг, γ = 3,42, Е = 3591 кДж/кг, газообразование Vg = 885 л/кг.

чувствительность.
ρ = 1.785 г/см3 (кристаллографическая (X-ray) плотность) D = 9334 м/с, Рн = 368 кбар, Тн = 4380 К, теплота взрыва Qv = 6062 кДж/кг, γ = 3,23, Е = 4618 кДж/кг, газообразование Vg = 874 л/кг.

стоимость синтеза, хорошие энергетические характеристики, недостаток – высокая чувствительность;
ρ =1.806 г/см3 (кристаллографическая (X-ray) плотность) D = 9012 м/с, Рн = 331 кбар, Тн = 3464 К, теплота взрыва Qv = 4873 кДж/кг, γ = 3,43, Е = 3772 кДж/кг, газообразование Vg =861 л/кг.

низкая термическая стабильность.
ρ =1.911 г/см3 (кристаллографическая (X-ray) плотность) D = 9540 м/с, Рн = 398 кбар, Тн = 4489 К, теплота взрыва Qv = 5935 кДж/кг, γ = 3,37, Е = 4394 кДж/кг, газообразование Vg =816 л/кг.

низкая чувствительность, недостаток – низкая стабильность в воде
ρ = 1.735 г/см3 (кристаллографическая (X-ray) плотность) D = 9066 м/с, Рн = 327 кбар, Тн = 3828 К, теплота взрыва Qv = 5193 кДж/кг, γ = 3,36, Е = 3993 кДж/кг, газообразование Vg = 934 л/кг.

синтеза, достаточно низкая чувствительность, недостаток – низкая стабильность.
ρ = 1.767 г/см3 (кристаллографическая (X-ray) плотность) D = 8977 м/с, Рн = 323 кбар, Тн = 3436 К, теплота взрыва Qv = 4934 кДж/кг, γ = 3,41, Е = 3791 кДж/кг, газообразование Vg = 890 л/кг.

недостаток – высокая чувствительность, трудности синтеза.
ρ =1.84 г/см3 (кристаллографическая (X-ray) плотность) D =9203 м/с, Рн = 379
кбар, Тн =6070 К (?), теплота взрыва Qv = 7078 кДж/кг, γ = 3,11, Е = 4883 кДж/кг, газообразование Vg = 625 л/кг.

энергетические характеристики, нечувствителен к внешнему воздействию, недостаток – низкая термическая стабильность, трудности инициирования.
ρ =1.76 г/см3 (кристаллографическая (X-ray) плотность) D =9382 м/с, Рн = 348 кбар, Тн =3719 К, теплота взрыва Qv = 4034 кДж/кг, γ = 3,45, Е = 4037 кДж/кг, газообразование Vg = 802 л/кг.
Энергия Гарни равна теплоте взрыва.


Для замены токсичного гексогена (RDX) в боеприпасах как наиболее предпочтительные рассматриваются TAG-1MNT и BTAT.

материалах, которые можно применять для изготовления оболочек осколочных боеприпасов.
В США создан высокоплотный реагирующий материал (HDRM - High-Density Reactive Material) для оболочек боеголовок, который разлетается в виде фрагментов; фрагмент при соударении с мишенью от удара разлагается с взрывным выделением энергии (химический взрыв). Таким образом, фрагмент (осколок) воздействует на мишень не только за счет его кинетической энергии, но и за счет энергии выделяющейся при его химическом взрывном разложении. Эффективность действия боеголовки при этом в 5 раз превышает эффективность обычного снаряда с инертной стальной оболочкой.
Новый материал разрабатывался более 5 лет, он имеет плотность стали и прочность алюминия. Полные данные по составу материала не указываются, сообщается только, что он изготовлен из различных металлов, окислителей и полимеров.

противоракетных системах, т.к. шрапнель из этого материала будет воздействовать с гораздо большей мощностью на летящую ракету. По обычному сценарию для надежности на находящуюся на траектории мишень запланировано выпускать три ракеты; сначала две, затем пауза и выпускается еще одна. Это связано с неуверенностью, что стальные осколки обычных боеголовок надежно поразят мишень. Если же использовать боеголовку из HDRM, то можно три запуска заменить одним, что позволит экономить значительные средства.
Поскольку материал осколка при соударении с мишенью разлагается, и осколок не летит дальше после ее пробивания, предполагается, что будет отсутствовать воздействие боеприпаса на находящиеся поблизости объекты, поражения которых нужно избежать.
Новый материал можно применять как в изготовлении гранат и крупнокалиберных патронов, так и в более мощной амуниции.

that it has successfully tested a new type of explosive material that can dramatically increase weapons' impacts.

горнодобывающая промышленность (наиболее старая отрасль); строительство; нефте- и газодобыча; металлообработка и др (тушение пожаров, сейсморазведка, взрывание льдов).
Если для применения ВВ в военном деле цена не всегда является определяющим фактором, то для промышленного применения экономические показатели выходят на первый план В связи с этим дорогостоящие ВВ (гексоген, тэн, октоген) редко применяются в гражданских отраслях промышленности.
В горном деле экономическим показателем является не стоимость ВВ, а отношение стоимости к теплоте взрыва (стоимость энергии в руб/кДж). Например, тротил и аммонит 6ЖВ имеют примерно равную Qv, но тротил в 4 раза дороже селитры. Поэтому по стоимости энергии аммонит примерно в 2 раза эффективнее тротила. Тротил выгоден, когда аммонит применять нельзя, например, в скважинах с проточной водой. Добавка алюминиевой пудры в смесь тротила с АС выгодна при взрывании крепких пород, т.к. энергоемкость ВВ растет и, хотя растет и стоимость, расходы на бурение можно снизить.

и в отношении выбора ВВ при использовании в строительстве, когда объемы взрываемых ВВ тоже велики.
В этой отрасли взрыв часто применяется для разрушения сооружений, отслуживших свой срок, для прокладки тоннелей, при создании котлованов, углублении портов, фарватеров рек, создании насыпей направленным взрывом. Пример: создание антиселевой плотины в Медео около г. Алма-Ата. При разрушении зданий важно правильно рассчитать массу и расположение зарядов ВВ, чтобы минимизировать боковой разлет (Храм Христа Спасителя, декабрь1931г., Г.П. Демидюк)

В нефте- и газодобывающей индустрии существует проблема повышения дебита скважин, который может падать со временем вследствие засорения каналов в породе (песчаник, глина) . Для пробивания каналов используют перфораторные снаряды, действие которых основано на явлении кумуляции.
В этих снарядах применяется, несмотря на высокую стоимость, высокобризантное и термостойкое ВВ – октоген.

использования взрыва. Иногда применяется более узкий термин – металлообработка взрывом. ОМВ включает такие технологии, как штамповка, сварка, упрочнение и резка конструкций взрывом; компактирование порошковых материалов, синтез материалов с применением взрыва.
Требования к ВВ в каждой технологии отличаются. Так в сварке взрывом применяются низкоскоростные ВВ с D в диапазоне от 2 до 3 км/с. В упрочнении взрывом, наоборот, используют высокобризантные пластиты с D > 7 км/с. В резке конструкций также используют высокобризантные ВВ. Для бассейновой штамповки чаще всего применяют тротиловые заряды. В компактировании взрывом применяется широкий диапазон ВВ. Для синтеза обычно подбираются специальные составы и обеспечивается соответствующая окружающая заряд среда.

взрывчатых параметров (чувствительность, бризантность, фугасность и др.), но и от физико-химических свойств: химическая и физическая стабильность, водоустойчивость, гигроскопичность, пластичность, текучесть, сыпучесть, слеживаемость и т.д.
Химич. и физич. стабильность определяют сохранение свойств ВВ при хранении, температурные диапазоны безопасного хранения и применения. Реологические и механические свойства определяют возможность механических способов транспортировки и заряжания зарядов. Водоустойчивость и гигроскопичность характеризуют возможность использования в обводненных забоях или под водой.

Мера В – время пребывания в воде, в течении которого детонационные характеристики не снижаются ниже установленной нормы.
Вода может вступать в реакцию, растворять некоторые компоненты ВВ, или, попадая между частицами порошкообразного ВВ, флегматизировать его (снижать детонационую способность) или приводить к полной потере способности к взрыву.
Практическая водоустойчивость аммиачно-селитренных ВВ сильно зависит от проточности скважины. Если вода не проточная растворенная селитра остается в заряде, если проточная, то вымывается.
Еще один показатель водоустойчивости – допустимое кол-во воды в ВВ без потери способности к детонации. ВВ без тротила (игданиты – Смеси АС с жидким топливом, гранулиты- смеси АС с жидким топливом и порошком Al) могут содержать не более 5% воды и являются неводоустойчивыми. Граммонит (смесь гранулированной АС и тротила) 79/21 может содержать до 20% воды и считается ограниченно водоустойчивым.
Водоустойчивые аммониты появились в 50-х годах в СССР и содержат водостойкую (гидрофобизированную) АС (индекс селитры ЖВ). Для повышения В также водятся гидрофобные добавки (парафин, стеарин, канифоль, жирные кислоты и т.д.). ВА сохраняют взрывчатые свойства после выдержки в воде 1 час на глубине 1м.
В воде не растворяются: тротил, нитроглицерин, гексоген, тэн, нитроклетчатка и пр. Поэтому граммониты, содержащие 50% тротила водоустойчивы.
Водоустойчивые эмульсионные ВВ содержат водные растворы нитратов, минеральные масла, гидрофобные добавки (парафин, воск), эмульгаторы (поверхностно-активные вещ-ва, создающие эмульсию из несмешивающихся компонентов).

слеживаемость, уплотняемость, расслаивание, летучесть.
Гигроскопичность (гигроскопическая точка) определяется относительной влажностью воздуха, при которой ВВ не подсыхает и не увлажняется. Чем выше эта величина, тем менее гигроскопично ВВ.
Г веществ-компонентов пром. ВВ при Т=25С: кальциевая селитра Ca(NO3)2 (44%), АС (62,7%)-сильно гигроскопичны; натриевая селитра NaNO3 (74,5%), хлористый натрий NaCl (75,5%) – умеренно гигроскопичны; калиевая селитра KNO3 (92%), хлористый калий KCl (83.4%)- малогигроскопичны.
Для большинства ВВ на основе АС Г= 60-68%, поэтому без влагозащитной упаковки они (на территории России) увлажняются. Для защиты ВВ упаковывают в полиэтиленовую пленку.
Слеживаемость – способность порошкообразных ВВ при хранении терять сыпучесть и превращаться в плотную массу- сплошную или кусками. Детонационная способность слежавшихся аммонитов понижается. Причина С – рекристаллизация водорастворимых компонентов. При увлажнении некоторая объемная доля вышеперечисленных солей растворяется, затем при высыхании или понижении температуры кристаллизуется. Выделившиеся при этом кристаллы цементируют массу, происходит усадка. Экспериментально С определяют по сопротивлению раздавливанию специально подвергнутой слеживанию шашки на лабораторном прессе или по остатку на сите после дробления в мельнице при заданном режиме дробления.

внешних нагрузках. Экспериментально строятся характеристики У - кривые уплотнения ВВ (зависомость плотности от приложенного давления. Иногда свойство У полезно (повышается плотность заряжания при использовании пневмозарядников), иногда вредно (для патронироваанных порошкообразных ВВ может привести к снижению детонац. способности.
Расслаивание – самопроизвольное или вызванное внешними условиями разделение ВВ на составные части. Р происходит в ВВ, компоненты которых различаются по плотности, агрегатному состоянию, размерам частиц и т.д. В игданите со временем соляра стекает в нижние слои. Для ВВ, содержащих жидкую фазу и твердые частицы последние оседают вниз. Для борьбы с Р в ВВ вводят ПАВы или, например, при изготовлении игданита используют АС с пористыми частицами (марка П), которые впитывают соляру.
Летучесть – способность некоторых компонентов ВВ испаряться или сублимировать при хранении или применении. Л характерно для ВВ, содержащих жидкие нитроэфиры (углениты). Испаряется также вода из водосодержащих ВВ и диз. топливо из игданита.

с ним физико-химические и взрывчатые свойства в течение гарантированного срока хранения. При хранении больших количеств нестабильных ВВ может произойти самоускоряющееся разложение с переходом во взрыв. Процесс разложения экспоненциально зависит от Т по закону Аррениуса.

Индивидуальные химически чистые ВВ имеют при нормальных условиях высокую стойкость. Ускорить распад могут примеси (остатки азотной кислоты), а также продукты разложения (автокаталитическое разложение под влиянием окислов азота, паров воды и т.д).

К – константа химической реакции, Е – энергия активации реакции распада

породами может происходить самопроизвольный взрыв. Пример: самопроизвольные взрывы при заряжании скважин ВВ на основе АС при добыче сульфидных руд. АС взаимодействует с сульфидной пылью и серой в сильно кислой среде. Заряд нагревается, воспламеняется, в тесном объеме горение переходит в детонацию.
В некоторых шахтах, содержащих серу и воду с водородным показателем менее 3,5 (кислотная среда) в воде появляется серная кислота. При взаимодействии с АС происходит самовозгорание ВВ в скважинах. Для повышения рН воды скважины иногда промывают раствором гашеной извести.
С водой также может реагировать содержащийся в некоторых ВВ алюминий. Реакция идет с выделением водорода, оксида алюминия и тепла.

заряжания. С имеет важное значение в связи с использованием механизированных способов заряжания. Наиболее хорошей сыпучестью обладают гранулированные ВВ (граммониты, гранулиты, гранулотол, алюмотол). С характеризуется углом откоса при высыпании на горизонтальную поверхность или углом воронки высыпания ВВ.

Пыление – способность выделять в атмосферу мелкодисперсные частицы при работе с ВВ. Сильно пылят сухие аммониты, металлизированные гранулиты , содержащие Al пудру. Для борьбы с пылением при пневмозаряжании скважин ВВ иногда увлажняют, используют пылеулавливатели в устье скважины и т.д.

и сохранять придаваемую форму. Пластичные ВВ имеют высокую вязкость за счет пластификаторов. В динамитах содержится динамитный желатин (раствор нитроглицерина в нитроклетчатке). Водосодержащие ВВ содержат водный гель.
П определяют по усадке столбика ВВ при заданной нагрузке, температуре и времени. В полевых условиях П можно оценить разминанием патрона в руке или по способности сплющиваться в шпуре при нажатии забойником.

Текучесть – способность вытекать из емкости по действием тяжести. Это свойство характерно для жидких ВВ и низковязких суспензий (жидкость + твердые частицы). Текучие ВВ могут перекачиваться по шлангам и трубам с помощью насосов. Сравнительную Т измеряют в лабораторных условиях по скорости истечения ВВ из пробирки, наклоненной под заданным углом при заданной температуре.

ред. В.В. Селиванова. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008.
2. А.В. Крупин, В.Я. Соловьев, Н.И. Шефтель, А.Г. Кобелев. Деформация металлов взрывом. – М.: Металлургия, 1975.
3. Altenburg, T.; Klapötke, T. M.; Penger, A.; Stierstorfer, J. Z. Anorg. Allg. Chem. 2010, 636, 463-471 (Zeitschrift Fur Anorganische Und Allgemeine Chemie).
4. Л.В. Дубнов, Н.С. Бахаревич, А.И. Романов. Промышленные взрывчатые вещества – 3-е изд., перераб. и дополн. М.: Недра, 1988.
5. Даниленко В.В. Взрыв: физика, техника, технология. – М.: Энергоатомиздат, 2010.